局部坐標系
關注創建者：電機小朱 創建時間：2021-02-04
局部坐標系的視頻教程
HyperMesh_*DEFINE_COORDINATE_SYSTEM_局部坐標系的創建
在HyperMesh中，LS-DYNA工作環境下，利用關鍵字*DEFINE_COORDINATE_SYSTEM創建局部坐標系。
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HyperMesh_*DIFINE_COORDINATE_NODES_局部坐標系的創建
在HyperMesh中，LS-DYNA工作環境下，利用關鍵字*DIFINE_COORDINATE_NODES創建局部坐標系。
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局部坐標系的實例教程
其
含義
為：
創建節點集合ex，將這些節點的自由度轉換至柱坐標系下，為這些節點定義位移邊界條件，約束2方向（周向）上的位移。
其中TYPE=C表示局部坐標系的類型為柱坐標系，如果TYPE=R，則為局部直角坐標系，TYPE=S，則為球坐標系。
在大位移分析中，此局部坐標系的方向不會隨著材料的旋轉而旋轉。
02
單元局部坐標系（基于各向異性）
使用 *ORIENTATION 定義局部坐標系，用于定義材料特性、應力 / 應變分量輸出、耦合約束。
*ORIENTATION, NAME=<局部坐標系名稱>, SYSTEM=<局部坐標系類型>, DEFINITION =<局部坐標系定義的方式>
例如：
*ORIENTATION, NAME=aa, SYSTEM=ZRECTANGULAR,DEFINITION =NODES
11,12
2,75
*SHELL SECTION,ELSET=bbb,MATERIAL=mat1,ORIENTATION=aa
1.0,
其含義為：定義名稱為aa的局部坐標系，類型為ZRECTANGULAR（局部直角坐標系），由三個點確定局部坐標系的方位，其中兩個點是節點11和12，第三個點是默認的原點；附加的轉動的繞局部坐標系的2方向，附加轉角為75°；將自定義的局部坐標系定義在殼截面上，殼厚度為1.0.
實體單元默認的材料方向為全局直角坐標系，殼單元和膜單元默認的材料方向則是全局坐標系到殼或膜表面的投影。
展開 image_process=/format,webp/quality,q_40" data-initial-src="https://img.jishulink.com/202412/attachment/209311698c054293907a54f5e2173de5.png">
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</div><p class="ql-align-center">注意：x向量、Vxy向量、y向量是同一個平面哈</p><p class="ql-align-center"><br></p><p>這個z軸，是通過 x向量 和 Vxy向量 這<strong><em>兩個向量</em> 叉乘</strong>得到的，注意，這里的Vxy向量與局部坐標系的y軸并非重合的，這點就很方便，相當于給了我們很大的靈活性（不必找到與x向量垂直的y向量即可），這個局部坐標系的 <em><u>y 軸</u></em> 是怎么得到的？ 它是從上步得出的局部坐標系的z軸，再將局部坐標系的z軸 和 局部坐標系的x軸 這兩個向量 叉乘得到的。</p><p><br></p><p><br></p><p>所以，看明白上邊的圖，這個局部坐標系的box就<strong> 一眼明了。
展開 局部坐標系
設定“正確的測量基準”
01
為何需要局部坐標系？
在全局坐標系下，一個零件可能因夾具偏差或焊接變形發生整體位移或旋轉。這種“整體偏差”可能并不影響其與相鄰零件的裝配。如果在全局坐標系下評價，所有測點都會顯示超差，從而掩蓋了零件自身真正的制造誤差和關鍵的裝配問題。
局部坐標系的作用，就是建立一個與特定裝配功能相關的測量基準，過濾掉非關鍵的整體偏差，讓分析聚焦于零件本身的制造精度和更關鍵的局部裝配關系。
02
在eMMA中的實現方式
在eMMA Planner或Assembler模塊中，工程師可以基于實際裝配基準，輕松創建局部坐標系。最常用的方法是 “3-2-1”原則，即通過三個點確定主基準面（限制三個自由度），兩個點確定次基準軸（限制兩個自由度），一個點確定第三基準（限制最后一個自由度），從而完全限定零件的位置。
協同作戰
eMMA平臺上的實戰流程
功能尺寸與局部坐標系在eMMA系統中并非孤立存在，而是形成一個閉環的質量控制流程，其協同應用邏輯清晰，讓我們分解到具體應用階段：
01
規劃階段
工程師基于CAD模型，首先為零件定義其局部坐標系（通常基于RPS定位系統）。
隨后，在正確的局部坐標系下，創建各類功能尺寸（如間隙面差、對稱點等），并設定比單點尺寸更嚴格的功能公差。
02
分析階段：
測量數據上傳后，系統自動將實測數據與理論CAD模型在定義的局部坐標系下進行對齊。
在eMMA Assembler中，可將多個零件以其自身的局部坐標系為基準，進行“虛擬匹配”。系統在此虛擬裝配狀態下，計算它們之間的間隙面差功能尺寸，能在物理樣件制造前就精準預測裝配問題，極大節約成本與時間。
展開 在使用abaqus進行有限元分析的工作中，確定殼單元局部坐標系是一項重要的工作，其原因之一在于在abaqus中，殼單元的位移輸出基于整體坐標系，應力應變輸出基于局部坐標系，因此如果不能準確地確定殼單元的局部坐標系，在后處理查看計算結果時可能會無法準確理解計算結果。
通常情況下，殼單元的局部坐標系如下圖所示，其包含平面內的1，2軸和平面法線的n軸（3軸）。顯然，n軸由殼單元所在平面確定，但是其有兩種選擇，即由“殼內指向殼外”和由“殼外指向殼內”。
那么在abaqus中，殼單元的局部坐標系依據以下規則定義：
（1）對于一個3節點/4節點殼單元，按照右手定則，拇指指向即為n軸方向。
殼單元節點順序為1-2-4-3時的n軸方向。
（2）確定好n軸之后，接下來的1軸和2軸按照以下規則確定：
將整體坐標系的X軸投影到殼單元上，投影方向即為1軸。再按照右手定則，1-2-n軸形成右手坐標系，即右手拇指指向n軸時，其余4指的旋轉方向從1軸轉向2軸，具體圖解如下：右側為整體坐標系，左手為局部坐標系。
按照上述規則必然會存在一種特殊情況，即整體1軸與殼單元垂直，則此時整體1軸投影到殼單元上會是一個點，無法確定局部1軸方向，在這種情況下，abaqus采用整體3軸投影到殼單元上作為局部1軸方向。
以上就是殼單元局部坐標系的確定過程，下面以一個例子，來表明殼單元局部坐標系確定的具體作用。
以如圖所示外壓圓環為例：
計算完成后，后處理S11應力分布如下：
S22分布：
很明顯，應力云圖不符合常規理解。均勻外壓圓環的應力分布應當是相對均勻的，而不會出現在“某一格”的單元應力分布明顯不同于其他單元。
展開 在進行車身某些安裝點剛度分析時，其安裝面與全局坐標系方向不一致，我們經常需要手動創建局部坐標系，并進行單位力加載，此過程費時費力，本程序可以解決自動創建坐標系的過程，并將節點assign到該局部坐標系下，后續會增加程序，根據節點所在局部坐標系，將載荷自動加載至局部坐標系方向，并自動創建subcase，全程操作只需連續選擇多個安裝點rbe2主節點即可。
import ansa
from ansa import base
from ansa import constants
def main():
#提示選擇需要創建局部坐標系的RBE2主節點
ent = ('GRID',)
nodes_pick = base.PickEntities(constants.NASTRAN, ent)
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當一個雙折射材料分配到一個表面時，它是置于該表面的父實體（目標實體）的局部坐標系中。當使用雙折射材料創建透鏡、反射鏡或棱鏡時，也是同樣的道理。舉個例子，如果一個透鏡是由雙折射方解石制成，且晶體光軸固定在x方向（1 0 0），表面材料的定義是相對于透鏡坐標系的。同樣的透鏡如果經過旋轉，它的性能可以保持。注意到與透鏡、反射鏡或棱鏡元件不同，當使用雙折射材料定義元件基元時，該材料是停留在全局坐標系中的。
基于ABAQUS軟件，用殼單元進行波紋管（管道連接件）的建模，在波紋管中心建立柱坐標系，輸入壁厚減薄的公式表征壁厚的非均勻分布。備注：需要提前在場邊量添加STH命令，厚度結果在后處理查看。
因此，當某個曲面的厚度（即沿其局部z軸方向的距離）與前一個表面間距較大時，這種坐標系被稱為局部坐標系，因為每個表面的位置都是相對于前一個表面定義的。
坐標斷裂 （CB） 表面允許您指定下一個表面的位置，即在 x 和 y 方向上移動，在 x、y 和 z 方向上傾斜（旋轉），以及簡單地在 z 方向上移動。坐標斷裂 （CB）是一個虛擬表面：也就是說，它沒有折射或反射能力，并且無法彎曲光線。
當使用 CB 表面引入傾斜時，OpticStudio 通過傾斜局部坐標系來實現，這不僅會傾斜像面，還會導致接收光纖模式的傾斜。默認情況下，接收光纖與局部 Z 軸對齊。但是使用 Tilted Image 表面只會傾斜像面本身，而不會影響局部坐標方向，這使得接收光纖模式不傾斜。
在以下部分中，我們將介紹三種在 OpticStudio 中正確設置的方法。
綁定、無摩擦與摩擦接觸的對比分析1個月前
施加螺栓預緊力時需要建立局部坐標系，且z 軸需與螺栓軸線保持一致（見圖 5）。
圖 4 邊界條件的示意圖
圖 5 螺栓預張分配的局部坐標系示意圖
5、運行仿真并查看結果。提取總變形和等效應力云圖等結果圖表，同時生成節點局部區域的云圖，用于對比節點剛度。
有時候使用hm去設置坐標系，都不太清楚邊界是否關聯上相應的坐標系，只有打開abaqus查看才發現有點bug，重新校核下。
現下看下abaqus默認的
*Nset, nset=_T-PART-1-1-WW, internal
_M18,
_M19,
_M20,
_M21,
_M22,
_M23,
_
圖3 循環對稱的局部園柱坐標系
6、對所有表面(除循環邊界外)施加對流邊界條件。將環境溫度設定為20℃，對流系數設為0.002W/(°C·mm2)。這用以表示水中的對流系數。
7、運行模擬并查看結果。在0.09秒時的溫度分布圖如圖4所示。由于對稱性定義，該圖是360°幾何圖形。
這些面主要用于執行定義在局部坐標系中的面的傾斜和偏心。坐標間斷為設計中表面/元件的定位和傾斜提供了極大的靈活性。
然而，當鏡頭數據編輯中存在許多復雜的嵌套傾斜/偏心時，返回至先前表面的坐標系可能會變得困難。OpticStudio的坐標間斷返回功能可以極大地簡化這個問題。本文將通過一個示例展示如何使用坐標返回功能。
首先，創建一個圓柱形局部坐標系(見圖8(a))，其z軸與圓柱軸對齊。其次，創建名稱選擇，并使用兩條規則選擇外層面(見圖8(b))。所選面如圖8(c)所示。
3.模型處理
實體螺栓模型需要將螺栓設置表面印記，將螺栓的圓柱部分切割出來，建立局部坐標系，加載螺栓預緊力，加載的載荷只能是應力值，結果為預緊力/截面積
4.lsdyna螺栓驗證
建立螺栓模型，加載預緊力的應力之后，看到結果中螺栓被分成兩端，并重合擠壓，得到需要的螺栓預緊力，所以需要考慮設置中shear and bending
5.動力松弛+螺栓預緊力
